Упит А.Р., Банкин С.А. Релейная защита и автоматика в системах ЭПП

Подождите немного. Документ загружается.

Защита собирается на реле типа РГЧ-66. Верхний контакт работает

на сигнал, а нижний на отключение трансформатора без выдержки

времени. В схеме должно предусматриваться переключающее устрой-

ство, позволяющее выводить нижний контакт на сигнал.

5. Защита ЛЭП 110-220 кВ по схеме

(рисунок 1)

Схема внешнего электроснабжения состоит из двухцепной ЛЭП

110 кВ связи между двумя источниками питания. От этой ЛЭП выполнена

отпаечная подстанция 110/6 кВ ГПП. ГПП имеет вводные трансформатор-

ные выключатели Q

и Q

и секционный выключатель QB

На ЛЭП 110 кВ с глухо заземленной нейтралью, для приведенной

схемы должны быть выполнены следующие защиты [1, пп. 3.2.106 -

3.2.118]:

- токовая защита от междуфазных КЗ без выдержки времени (токо-

вая отсечка);

- направленная МТЗ от междуфазных КЗ (1-я ступень с выдержкой

времени);

- направленная МТЗ от замыканий на землю (2-я ступень с выдерж-

кой времени);

- резервная направленная МТЗ от замыканий в трансформаторе ГПП

(3-я ступень с выдержкой времени).

5.1 Отсечка на линиях с двухсторонним питанием

Мгновенная защита на ЛЭП не должна действовать за пределами за-

щищаемого участка. Зона действия отсечки определяется местом подклю-

чения ГПП. Поясняющая схема выбора I

с.з.

показана на рисунке 22.

Рисунок 22 - Схема выбора зоны срабатывания отсечки

Ток срабатывания защиты определяется по формуле:

с.з.

=К

(3)

К1

. (5.1)

Токовая отсечка должна быть отстроена от токов качания.

cр.отс

кач

;

)XX(

SKSK

макс.кач

2111

+⋅

= . (5.2)

Кроме того, отсечка должна быть отстроена от апериодической со-

ставляющей ТКЗ и тока срабатывания разрядников. Эта отстройка выпол-

няется временем срабатывания промежуточных реле (t

= 0,06 с). Аперио-

дическая составляющая ТКЗ затухает за время 0,02 - 0,03 с. Достоинствами

отсечек являются быстрота действия, простота в исполнении и эксплуата-

ции, высокая надежность. Недостатки отсечек − неполный охват зоной

действия всей длины линии, непостоянства зоны защиты из-за изменяю-

щихся режимов работы системы. Однако в сочетании с МТЗ она позволяет

получить многоступенчатую защиту, которая во многих случаях заменяет

более сложные защиты.

5.2 Направленная МТЗ от междуфазных замыканий

Для предотвращения неправильной работы МТЗ ток срабатывания не-

обходимо отстроить от токов нагрузки в послеаварийном режиме при от-

ключении внешнего КЗ и от токов, возникающих в неповрежденной фазе

при КЗ на землю [4].

Ток срабатывания направленной МТЗ, отстроенной от токов нагрузки,

макс.рабзн

.з.с

IКК

⋅⋅

. (5.3)

Ток срабатывания МТЗ, отстроенный от тока в неповрежденной фазе,

НФн.з.с

IКI ⋅=

. (5.4)

где I

НФ

- ток неповрежденной фазы, определяется из формулы

кз

)(

нагрНФ

III

, (5.5)

где К

можно принять 1,2 - 1,3.

К исполнению принимается большая величина тока рассчитанного по

формулам (5.2 и 5.4).

Реле направления мощности включается на фазный ток и фазное или

междуфазное напряжение. В современных направленных МТЗ применяют-

ся схемы включения реле мощности по 90°-ной, в редких случаях по

-ной схемам. Векторные диаграммы включения реле мощности показа-

ны на рисунке 23 а,б. Различные схемы включения обмоток напряжения

реле мощности предназначены для компенсации угла линии, который оп-

ределяется по формуле:

= arctg

. (5.6)

С точки зрения величины U

, при междуфазных КЗ, схема включения

должна обеспечивать возможную наибольшую мощность на зажимах реле

[4].

Рисунок 23 - Векторные диаграммы включения реле мощности:

а) 90

-ная схема; б) 30

-ная схема

5.3 Защита нулевой последовательности от замыканий

на землю ЛЭП 11.0-220 кВ

Защиту от замыканий на землю, как правило, следует выполнять трех-

ступенчатой [13]. В схемах все защиты могут быть приняты направленны-

ми. Для последней ступени защита органов направления мощности может

быть исключена, если по условию селективности необходимость в ней от-

сутствует или она не может быть использована по условию чувствительно-

сти.

В качестве реле направления мощности устанавливаются реле типа

РБМ-1, реагирующие на мощность:

)20(sin

+⋅⋅⋅=

pppp

IUS

, (5.7)

где U

- напряжение 3U

;

- ток нулевой последовательности равный 3I

;

- угол максимальной чувствительности (

6562 ÷≈

Схема включения реле направления мощности показана на рисунке

24.

а)

б)

Рисунок 24 - Схема включения реле направления мощности

Предотвращение неправильного действия ступеней защит без вы-

держки времени и при каскадном действии разрядников наличием времени

срабатывания у выходных промежуточных реле ( t

с06,005,0 ÷≈ ).

В схемах защит нулевой последовательности все ступени отстроены

от тока замыкания на землю в фиксированных точках, которые определя-

ются исходя из конфигурации с 110 − 220 кВ.

Для схемы рисунка 1 первая ступень отстраивается от ТКЗ в месте

подключения Г (конец L

). Вторая ступень отстраивается от ТКЗ в конце

ЛЭП (L

+ L

) точка К

выключателя Q

Третья ступень отстраивается от ТКЗ за сопротивлением силового

трансформатора Т

(точка К

5.4 Пример расчета ступенчатой токовой защиты 2-х параллельных

линий ответвлением на двухтрансформаторную подстанцию (ГПП)

Расчет защиты выполнен в соответствии с требованиями ПУЭ и «Ру-

ководящими указаниями по релейной защите линий 110 - 220 кВ».

Исходные расчетные данные для расчета релейной защиты ЛЭП L

берем по схеме рисунка 1:

U - 110 кВ; S

=1900 MBA; S=1700 MBA; L

=25 км; L

= 20 км; S

=16000 кВ;

=7 (Ом); X

=7,8 (Ом); X

=10 (Ом); X

= 8 (Ом);

K1S1

= 17 (Ом); X

K2S2

= 15,8(Ом); I

(3)

K1S1

=U/1,73·X

K1S1

=4кA;

(3)

K1S2

= U/1,73·X

K1S2

4,2кA; I

(3)

K1S1

(3)

K2S2

=8,2кA; X

=U/1,73 I

(3)

=8,1(Oм);

;кA,

)(,

)XXX(

LLS

)(

8107731

115000

211

++⋅

;кA,

)XXXX(X

SLLS

кач

054

115000

2121

+++⋅

⋅

;702

)6,801,8(73,1

115000

)(3

)3(

TPK

+⋅

- с грозозащитным тросом для двухцепных параллельных линий в

расчете релейной защиты можно принять X

=3X

[11, с. 18]. Тогда для

− X

=30 (Ом); для L

− Х

=24(Ом). Из [11, табл. 1.17] и формулы (1.5)

ток двухфазного КЗ определяется:

;865,0

)3(

)2(

⋅=

⋅

кз

(2)

K1L1

=3,46 кА; I

(2)

K1L2

=3,63 кА; I

(2)

=7,1 кА; I

(2)

=607 А; Х

0K1

=24 (Ом);

(1)

K1L1

=1300 А; I

(1)

K1L2

=1400 A; I

(1)

=2,7 кА; I

(1)

=234 А; I

(1)

=886 А;

=5,625(Ом);

.72

625,5

=== tg

5.4.1 Токовая отсечка для линии L

, устанавливаемая на выключателе Q

Ток срабатывания отсечки отстраивается от ТКЗ в конце линии

сз.отс

=К

(3)

K1S1

=1,3·4=5,2 кA.

Ток отсечки отстраивается от максимального тока качания

кач

=4,05 кА<5,2 кА.

Трансформаторы тока выбираются типа ТВУ-110-50XЛ2 с коэффици-

ентом трансформации n

=600/5=120.

с.р.

= I

с.з.

=5200/120=43 А.

Выбирается реле тока типа РТ-40/50. Время срабатывания защиты

с.з.

= 0. Защита выполняется по трехфазной трехрелейной схеме, ТТ соеди-

няются в звезду. Коэффициент схемы К

сх

= 1.

5.4.2 Направленная МТЗ от междуфазных замыканий

Ток срабатывания защиты отстраивается от максимального тока на-

грузки

р.мак.

=2I

ном.тр.

= 170 А ;

. 1040

85,0

17043,1

IКК

максрзн

зс

⋅⋅

Ток защиты отстраивается от тока в неповрежденной фазе.

нф

= I

р.мак

+К

(1)

=170+l,3·243=632 A<1040 А;

ср

= I

c.з.

=1040/120=8,7 А.

Выбирается реле типа РТ-40/10 [5]. Время срабатывания защиты

с.з.

= t

ТР

∆

t = 0,5+0,5=l с. Реле времени выбирается типа ЭВ-124 с пределом

регулирования 0,25-3 с [5]. Так как

=72°, выбирается реле типа

РБМ-178 [5] с внутренним углом 63°. Реле включается по 90°-ной схеме

(рисунок 23, а). Указательные реле выбираются типа РУ-21/0,15 [5].

. 5,132,3

1040

3460

)2(

>===

зc

5.4.3 Трехступенчатая направленная защит нулевой последовательности

от замыканий на землю ЛЭП L

В соответствии с [1, п. 3.2.108] первая ступень защиты работает без

выдержки времени, если остаточное напряжение при КЗ в зоне меньше

0,7U

ном

∆

кз

= X

0К1

(1)

K1L2

= 24·1400=34 кВ, что составляет 0,3U

ном

;

С.З.1ст

=К

(1)

K1L1

=1,2·1300=1560 А; I

C.P.

= 1560/120=13 А.

Реле тока типа РТ-40/20; t

с.з.

= 0.

Ток срабатывания 2-й ступени отстраивается от тока КЗ в точке К

С.З.2ст

=К

(1)

= 1,2·886=1063 А; I

C.P.

=1063/120=8,9 А.

Реле тока РТ-40/10.

В соответствии с разделом «Принцип выполнения защит» и [13, п. 6]

время срабатывания второй ступени должно быть 0,5 с. Реле времени типа

ЭВ-114 с пределом регулирования 0,1-1,3 с.

Ток срабатывания третьей ступени должен быть отстроен от тока од-

нофазного КЗ за трансформатором.

CP.3ст

=К

(1)

=1,2·234=280A; I

C.P.

=234/120=2,34 А.

Реле тока типа РТ-40/6. Время срабатывания третьей ступени должно

отстраиваться от времени срабатывания основной защиты трансформатора

по току нулевой последовательности, t

с.з.

= t

3тр

∆

t= 1,5+0,5=2 с.

Реле направления мощности включается на 3U

и 3I

одно для всех

ступеней защиты. Реле направления мощности работает на промежуточное

реле для увеличения числа контактов. Ускорение 2-й ступени защиты по-

сле неуспешного АПВ не требуется, т.к. время срабатывания 0,5 с. Уско-

рение требуется только для третьей ступени [13].

Коэффициенты чувствительности для ступенчатой защиты:

;5,17,1

1560

2700

>===

CTCP

стч

;5,15,2

стч

. 5,16,4

280

1300

3..

)1(

>===

стзс

стч

Схема цепей тока, напряжения и оперативных цепей защиты

ЛЭП-110 кВ показана на рисунках 25-27.

Рисунок 25 – Схема токовых цепей защиты линии

Рисунок 26 – Схема цепей напряжения

Рисунок 27 – Схема оперативных цепей защиты ЛЭП 110 кВ на выключатели Q

5.5 Защита ЛЭП 35 кВ

Токовые защиты линий 35 кВ от междуфазных замыканий выполня-

ются и рассчитываются аналогично защитам линий 110-220 кВ. В соответ-

ствии с [1, пп. 3.2.100-3.2.103 и 3.2.108] защита от однофазных замыканий

на землю выполняется, как правило, с действием на сигнал [1, п. 3.2.99].

Для защиты от замыканий на землю допускается использовать устройства

контроля изоляции, собранные на трансформаторах напряжения ЗНОМ,

ЗНОЛ или НАМИ, которые устанавливаются во всех сетях с малыми тока-

ми замыкания на землю [6].

В качестве фильтра токов нулевой последовательности 3I

на кабель-

ных линиях или линиях с кабельными вставками могут использоваться ТТ

нулевой последовательности, магнитопровод которых охватывает все три

провода, являющиеся одновитковой первичной обмоткой (ТНП-2, ТНПШ-1,

ТЗЛМ-УЗ, ТЗР-1УЗ). Для ЛЭП 35 кВ, не имеющих кабельных вставок,

применяются трехтрансформаторные фильтры токов нулевой последова-

тельности.

6. Автоматическое повторное включение (АПВ) ЛЭП 35-220 кВ

В соответствии с [1, п. 3.3.2] на всех линиях выше 1 кВ должны пре-

дусматриваться устройства АПВ. Отказ от применения А11В должен быть

в каждом отдельном случае обоснован. Устройства АПВ должны выпол-

няться так, чтобы они не действовали при:

- отключении выключателя персоналом или по телеуправлению;

- автоматическом отключении от РЗ непосредственно после включе-

ния персоналом или по телеуправлению;

- отключении выключателя защитами от внутренних повреждений

или автоматики АЧР, когда АПВ недопустимо в соответствии с

[1, п. 3.3.3].

При применении АПВ должно предусматриваться ускорение действия

защит на случай неуспешного АПВ. Выдержка времени устройств АПВ на

линиях с двухсторонним питанием должна выбираться с учетом неодно-

временного отключения КЗ с разных концов линии [1, п. 3.3.4]. Действие

АПВ должно фиксироваться указательным реле.

6.1 Схема АПВ, выполненная на реле типа РПВ-58

Разнообразные схемы АПВ для выключателей с различными приво-

дами приведены в [14]. Большинство линий 35-110-220 кВ оборудованы

выключателями с электромагнитным приводом. Для таких выключателей

промышленностью выпускается комплектное реле типа РПВ-58.

В каждом конкретном случае, в соответствии с заданием, необходимо

выполнить АПВ на любом выключателе головных участков, питающих

ЛЭП.

Для примера на рисунке 28 приведена схема АПВ для выключателя

, установленного со стороны системы большей мощности, которая рабо-

тает без контроля наличия напряжения и контроля синхронизма.

Рисунок 28 – Схема устройства АПВ с реле РПВ-58 для ЛЭП 110кВ